JPS61216867A - ア−ク溶接用セラミツクコンタクトチツプおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アーク溶接に使用される寿命が長くかつ再使
用可能なコンタクトチップおよびその製造方法に関する
。

〔従来の技術〕

従来のアーク溶接用コンタクトチップは、主として銅合
金またはアルミニウム合金で作られていたが、コンタク
トチップの表面が金属であるため、アーク溶接中に飛散
してくるスパックが熱化学反応などによりコンタクトチ
ップ表面に付着堆積して目づまりを起したり、溶接中の
ふく射熱によりコンタクトチップが焼鈍軟化しワイヤ通
過によるノズル部の摩耗が加速されるなどが原因となり
、アーク溶接用コンタクトチップの寿命は極めて短かい
ものであった。

前述のような問題を解決する方法として、実開昭５２−
２６６３０号公報、実開昭５９−４９４７８号公報また
は実開昭５７−８２４８４号公報に記載されるように、
コンタクトチップのノズル部をセラミック製ガイドで保
護する方法、あるいは実開昭５０−７６０２１号公報、
実開昭５７−１６０８８７号公報に記載されるようにコ
ンタクトチップをセラミックで被覆する方法が提案され
てきている。

しかしながら前記のノズル部をセラミックガイドで保護
する方法は、ネジによるインローなどコンタクトチップ
の構造が複雑になり製造コスト的に問題があるばかりで
なく、広範囲に飛散するスパッタ番こ対してコンタクト
チップ全体を保護できないという問題があった。

一方コンタクトチップをセラミックで被覆する方法は、
構造の複雑化およびチップ全体の保護の問題を解決する
可能性を秘めているが、その被覆方法が未だ確立してな
く、被覆方法によっては使用時にセラミック層の割れあ
るいは剥離が生じるなどの問題があった。

本発明者うは、コンタクトチップにセラミック被覆する
方法を鋭意研究した結果、ＰＶＤ法またはＣＶＤ法によ
りセラミックを被覆する方法を開発し、先に実願昭５９
−１６３２０２号として出願した。

この実願昭５９−１８３２０２号の技術によりアーク溶
接用コンタクトチップの寿命は大巾に伸びたが、コンタ
クトチップ基体を金属、特に銅合金またはアルミニウム
合金で構成しているため、セラミック被覆処理中の焼鈍
軟化およびアーク溶接中のふく射熱による焼鈍軟化によ
り、耐摩耗性が低下し寿命にはおのずから限界があった
。また、一旦目づまりあるいはノズル部の摩耗により使
用不可能ｔこなったものは、再生する手段がなく廃棄さ
れているのが現状であり、これもアーク溶接のコストを
高くする大きな要因となっていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、前述のとおりの、スパッタ付着による目づま
りの問題、耐摩耗性の問題を同時に解決し、しかも繰返
し再生可能なアーク溶接用セラミックコンタクトチップ
と、そのコンタクトチップを安定確実に製造できる製造
方法を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、前述の目的を達成するためには、アーク溶接
用コンタクトチップは電気良導体で構成するという既定
の概念を転換し、第１図に示すアーク溶接用コンタクト
チップ基体１をセラミックで構成し、第２図に示すよう
にワイヤに給電する部分のみを電気良導体３で構成する
方策が効果的であることを知見し、完成したもので、具
体的には、アーク溶接用コンタクトチップの構造を、好
ｔ　Ｌ　＜　ハ９２　％　Ａ　１　ｔ　Ｏｓ　、　Ｓ　
ｉ　Ｃ系ｔ　ｒ、：　ハ８　ｉｓ　Ｎ４　系すどの熱伝
導度０．０３ｃｒ１１／ｃＩｎ−ｓｌ！ｃ−℃以上、熱
膨張係数７．ａｘｘ６”ｔ、＜以下および曲げ強度２５
０Ｋｆ／ｃｄ以上の物理的特性を有するセラミックでア
ーク溶接用コンタクトチップ基体１を構成し、このコン
タクトチップ基体の、ワイヤガイド、孔２内壁に好まし
くは銅合金、Ｎｉ合金、金合金、銀合金、プラチナ合金
またはチタン合金などの電気良導体の被覆層３を形成す
る構造とすることにより前述の諸問題を解決したもので
ある。

また、前記アーク溶接用セラミックコンタクトチップを
工業的に安定して製造する方法として、セラミック製コ
ンタクトチップ基体１のワイヤガイド孔２内壁を電気導
体で予め被覆した後、該電気導体の被覆層を電極として
電気良導体３を電気メッキする方法、および、第３図に
示すようにセラミック製コンタクトチップ基体１のワイ
ヤガイド孔２の孔径と概略同じ外径の電気良導体のパイ
プ４を予め作成しておき、これをセラミック製コンタク
トチップ基体１のガイド孔２に挿入する方法を開発した
ものである。

前述のセラミック展コンタクトチップのガイド孔内壁に
電気良導体を電気メッキする方法としては、セラミック
に金属を電気メッキする公知のいずれの方法でも採用で
きるが、本発明者等の研究によれば次の方法によりメッ
キした場合良好な結果が確実に得られることが判明して
いる。

（イ）　ＣＶＤ法により、電気導体であるＴｉ（、また
はＴＩＮなどでガイド孔内壁を被覆した後、その被覆し
たＴｉＣまたはＴｉＮなどの電気導体層を電極として、
Ｃｕ系合金、Ｎｉ系合金、銀糸合金、金糸合金、プラチ
ナ系合金またはＴｉ系合金などの電気良導体を電気メッ
キする方法。

仲）前記ガイド孔内壁に金属粉をペースト状にして塗布
、またはどぶ付けなどにより被覆した後、”／Ｈ２中ま
たは真空中で焼成するいわゆるメタライズ法により、該
ガイド孔内壁に電気導体層形成させた後、０）と同様に
して電気良導体を電気メッキする方法。

このメタライズ法においては、種々の金属粉を用いるこ
とができるが、基体が人１２０．などの酸化物系セラミ
ックである場合はＮｉ、Ｍｏ、Ｃｕ。

Ｍ　ｏ　−Ｍ　ｎ　、基体が８ｉｃ系である場合はＮ　
１１Ｍ０そして基体がＳｉ３Ｎ４系である場合はＭＯの
組合せにおいて特に良い結果が得られる。

ｆ今　無電解メッキ法によりガイド孔内壁に予め電気導
体を被覆した後０）と同様に電気メッキを施す方法。

この無電解メッキ法ｌこよって被覆する電気導体は、導
電性を有するものであればいずれの金属でもよいが、安
定性および導電性の点からＮｉまたはＣｕであることが
望ましい。

なお、前記電気良導体の被覆は給電効果を上げるためネ
ジ部７まで行ってもよい。

〔作　用〕

本発明においては、アーク溶接用コンタクトチップ基体
１をセラミックで構成しているため、当然その外表面は
セラミックとなり、その表面を例えば２０８以下に研磨
しておけば、従来の金属で構成したものに比較して、ア
ーク溶接中のスパッタ付着が極めて少なく、かつ一旦付
着したスパッタ粒は簡単に除去できるため、スパッタ付
着による目づまりが原因で使用不可能になることはない
。

また、セラミックの硬度はＨＶで１２００以上と極めて
高く、かつ軟化温度も極めて高いためアーク溶接中にふ
く射熱により軟化することは全くなく、長時間の使用に
おいても、ワイヤ通過によるガイド孔部本体の摩耗も無
視できるほど小さい。

したがって、本願発明のアーク溶接用コンタクトチップ
は、内部の電気メッキもしくは導体が使用不可能になっ
ても、外部のセラミック基体が使用不可能な状態になる
ことはほとんどなく、ガイド孔３内壁に設けた電気良導
体４がワイヤ通過に　　−より摩耗し、ワイヤへの給電
が不可能になった場合でも、再度電気良導体を被覆する
ことにより簡単に再生できるという長所を有する。

）　本願発明のアーク溶接用コンタクトチップ基体１の
素材としては、市販のいずれのセラミックを選択しても
所定の作用効果を得ることができるが、アーク溶接中に
セラミックコンタクトチップに割れが発生する機構を研
究し実験を重ねた結果、コンタクトチップ基体の素材と
して、特に９２チＡｌ、Ｏ８，ＳｉＣおよび８ｉ、Ｎ、
などの熱伝導度０．０３ｃａｌｌ／ｃｍ・（８）・℃以
上、熱膨張係数７．３　Ｘ　１０−’　ｌ／’（：。

以下＄よぴ曲−強度２５００に？／−以上の物理的特性
を有するセラミックを選択することにより、長時間の繰
返し使用によっても割れの発生しない極めて寿命の長い
アーク溶接用コンタクトチップが得られることが判明し
た。

表　　１ ×　割れが生じ不良 Δ　割れが生じ不良であるが、肉厚等の変更で改良でき
る程度 ♂良・不良の限界 ○　割れがなく非常に良好 すなわち、アーク溶接においては、コンタクトチップは
局部加熱、急加熱が繰返し生じており、その熱ショック
によりコンタクトチップに割れが発生する機構を考察す
ると次のようなことが言える。

セラミック製コンタクトチップが、アーク溶接中に割れ
を発生する場合は、熱によって発生した内部応力が曲げ
強度を超えた場合である。アーク溶接ｔこおいてはコン
タクトチップは前述のとおり局部加熱、急加熱が繰返さ
れており、加熱部分とその付近には大きな温度勾配が生
じることになる。

すなわち、溶接部分は１２００℃前後、そしてそれから
のふく射熱および給電時の自己アーク熱によりコンタク
トチップは２００〜３００℃になる。そして温度勾配を
有するコンタクトチップにおいては、各部分がその加熱
温度に応じた熱膨張を示し、その熱膨張量の差が内部応
力を発生させる基因となる。したがってアーク溶接中の
熱ショクによる割れを防止、すなわち各部分の熱膨張量
の差に起因する内部応力が曲げ強度を超えないようにす
るためには、熱伝導度の高い素材を選択するこ止により
各部分の温度勾配を小さくすること、熱膨張係数の小さ
い素材を選択することにより各部分の熱膨張量を小さく
し熱膨張量の差の絶対値を小にすることおよび曲げ強度
の高い素材を選択することが考えられる。

本発明者等は、前述の考察に基づいて、表１に示すとお
り種々のセラミックについて実験を重ねた結果、前述の
とおり、特に、熱伝導度ｏ、０３→−安・３以上、熱膨
張係数が７．３　Ｘ　ｌ　０−６１／４Ｇおよび曲げ強
度２５００Ｋｖ−の物理的特性を有するセラミックを素
材としてアーク溶接用コンタクトチップ基体を作成した
場合、長時間の繰返しアーク溶接においても全く割れの
生じないという作用効果を得たものである。

また、本発明においては、セラミック製コンタクトチッ
プ基体のガイド孔内壁に電気良導体被覆層を設けて、こ
の被覆層により溶接ワイヤに電流を給電する方式として
いるため、アーク溶接中のふく射熱はコンタクトチップ
基体によって遮断され、ふく射熱による給電材としての
前記被覆層の溶損または焼鈍軟化に伴う耐摩耗性の低下
はほとんどみられない。なお、本発明のアーク溶接用セ
ラミックコンタクトチップの表面粗さを２０８以下特に
０．５〜２８程度に研磨して表面の凹凸によるスパッタ
粒のかかえ込み現象によるスパッタ付着を少なくするこ
と、およびさらにセラミックコンタクトチップ基体ｌの
表面に図４に示すようにスパッタ粒と反応性の低いＴｉ
Ｃ，ＴｉＮまたはＴｉ（Ｃ＋Ｎ）　　被覆層６をＣｖＤ
法、ＰＶＤ法などによって形成することは本発明の作用
効果を一層高めるうえで有効である。

次に、本願の第２番目および第３番目の発明である前記
のアーク溶接用セラミックコンタクトチップの製造方法
に関してその作用効果を説明する。

第２番目の発明においては、最終的には効率的な電気メ
ッキにより給電材となる電気良導体被覆を形成している
が、その前処理として予めガイド孔内壁および必要に応
じてネジ部に電気導体を被覆する処理を施しているが、
これはコンタクトチップ基体を構成するセラミックは電
気伝導度が低く、これに直接電気メッキを施すことは困
難であり、このような電気伝導度が低いセラミックに電
気メッキを施すためにはメッキする部分を予め電極化し
ておく必要があるためである。

また、ＣｖＤ−法、ＰＶＤ法、メタライズ法あるいは無
電解メッキ法により被覆された部分は、油脂弁などの汚
染物もなく、かつ熱化学処理により活性化しているため
電気メッキが効果的に行えるという効果もある。

第２番目の発明においては、セラミック製コンタクトチ
ップ基体のガイド孔に、予め作成しておいた電気良導体
のパイプを嵌合することによってアーク溶接用コンタク
トチップを製造するものであるが、この製造方法の利点
は、第２番目の発明におけるような複雑なメツキエ糧を
必要とせず、機械加工によるパイプの製造および該パイ
プをセラミック製コンタクトチップ基体のガづド孔に嵌
合するという比較的簡単な作業により製造できることお
よび再生する際に摩耗したパイプを簡単に取りはずし新
しいパイプと交換できるという点を挙げることができる
。またこの製造方法のもう１つの大きな利点は、パイプ
を加工硬化した状態または硬化熱処理した状態でセラミ
ック製コンタクトチップ基体に組込めるため、アーク溶
接使用中のパイプの摩耗を小さくすることができること
である。

〔実施例〕　実施例１ セラミック素材として、９２チＡｌ２Ｏ３、８ＩＣおよ
びＳｉ、Ｎ、の３種を選択し、それぞれ公知の方法で焼
成しコンタクトチップ基体１を作成した。

これらのコンタクトチップ基体について熱伝導度、熱膨
張係数、曲げ強度および表面硬度を測定した結果は第３
表ζこ示すとおりであった。

次に、３種のセラミックからなるコンタクトチップ基体
１のガイド孔２内壁に、非酸化物にはＭＯ粉末、酸化物
にはＮｉ又はＣｕ粉末をペースト状にして塗布した後Ｎ
、　／Ｈ，雰囲中で 焼成した結果、ガイド孔内壁に電気導体である被覆層（
基体がＳｉＣおよびＳｉ、Ｎ、の場合はＭｏＳｉ２＋　
Ｍ　ｏ　、基体が９２％ＡＩ、０３（７）場合はＮｉＯ
＋Ｎｉ又はＣｕＯ＋Ｃｕ）が形成された。

次に、前記被覆層を陰極とし、下記の条件下で電気メッ
キを施し、０．１〜０．３　ｍ　／　ｍの厚さのＣｕの
被覆層をガイド孔３内壁に形成した。

浴組成　　　　　　　　メッキ条件 前述の工程で製造したアーク溶接用セラミックコンタク
トチップを、実際のアーク溶接条件に近い下記の条件で
試験した結果、いずれも、割れは全く生じず、メッキ層
の摩耗寿命はそれぞれ下表のとおりであった。

○は全く割れを発生しないこ とを示す。

実施例２ 実施例１で作成したと同様のコンタクトチップ基体のガ
イド孔内壁に、公知の無電解メッキ法によりＮｉを被覆
した後、このＮｉ被覆層を陰極として実施例１と同様の
条件で電気メッキし、Ｃｕの被覆層をガイド孔内壁に形
成した。

前記の工程で製造したアーク溶接用セラミックコンタク
トチップを、実施例１と同様の溶接試験を行った結果は
下表のとおりであった。

○は割れが全く発生しないことを示す。

実施例３ Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合金（Ｃｒ：Ｉｓ、Ｃｕ９９％）を素
材とした外径１．９０”φ、内径１．３３“φ。

のパイプ４にフランジ５をロウ付けしたフランジ付バイ
ブを、実施例１で作成したと同様のコンタクトチップ基
体１のガイド孔３（孔径１．９０”φ）にポンチで強制
挿入し、該ガイド孔内面密着させるようにして、アーク
溶接用セラミックコンタクトチップを製造した。

この１穆により製造したアーク溶接用コンタクトチップ
について実施例１と同様な溶接試験を行った結果下表の
とおりであった。

○は割れが全く発生しないことを示す。

〔効　果〕

以上詳細に説明したとおり、本願発明は、従来のアーク
溶接用コンタクトチップ基体は銅合金などの電気良導体
で構成すべきであるとする既定の概念を転換し、コンタ
クトチップの基体をセラミックで構成し、そのワイヤ孔
内壁に給電材としての電気良導体を被覆するという新し
い型のアーク溶接用セラミックコンタクトチップおよび
その製造方法を開発し、しかも本発明の前記構成のアー
ク溶接用セラミックコンタクトチップを用いることによ
って従来のアーク溶接用コンタクトチップを使用した場
合に問題となっていたスパッタ付着の問題、摩耗の問題
および再生再使用の問題を同時に解決できるものである
から、本発明のアーク溶接産業分野における利用効果は
極めて大きいものと言うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアーク溶接用セラミックコンタクトチップ基体
を示す図、第２図はアーク溶接用セラミックコンタクト
チップ基体のガイド孔内壁に電気良導体の被覆層を形成
した図、第３図は電気良導体のパイプをアーク溶接用セ
ラミックコンタクトチップ基体のガイド孔に挿入する図
、および第４図はアーク溶接用セラミックコンタクトチ
ップ基体表面にＴｉｃ、ＴｉＮまたはＴｉ（Ｃ＋Ｎ）を
被覆した図。 １・・・アーク溶接用セラミックコンタクトチップ基体
、２・・・ガイド孔、３・・・電気良導体被覆層、４・
・・電気良導体パイプ、５・・・７ランジ、６・・・工
°Ｃ２ＴｉＮ　またはＴ　ｉ　（Ｃ＋Ｎ）被覆層、７・
・・ネジ部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック製コンタクトチップ基体と、該コンタ
   クトチップ基体のワイヤガイド孔内壁に設けられた電気
   良導体被覆層とからなることを特徴とするアーク溶接用
   セラミックコンタクトチップ。
2. （２）前記セラミックが熱伝導度０．０３ｃａｌ／ｃｍ
   ・ｓｅｃ・℃以上、熱膨張係数７．３×１０＾−＾６１
   ／℃以下および曲げ強度２５００Ｋｇ／ｃｍ＾２以上の
   物理的特性を有するセラミックであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のアーク溶接用セラミックコ
   ンタクトチップ。
3. （３）前記セラミックが９２％Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＳｉＣ
   系およびＳｉ＿３Ｎ＿４系のセラミックから選択される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
   載のアーク溶接用セラミックコンタクトチップ。
4. （４）前記電気良導体被覆層が銅系合金、ニッケル系合
   金、Ｔｉ系合金、金合金、またはプラチナ合金で構成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第３項のいずれか記載のアーク溶接用セラミックコンタ
   クトチップ。
5. （５）セラミック製コンタクトチップ基体と、該コンタ
   クトチップ基体のワイヤガイド孔内壁に設けられた電気
   良導体被覆層からなるアーク溶接用セラミックコンタク
   トチップの製造方法において、セラミック製コンタクト
   チップのワイヤガイド孔内壁を電気導体を予め被覆した
   後、該電気導体の被覆層を電極として電気良導体を電気
   メッキすることを特徴とするアーク溶接用セラミックコ
   ンタクトチップの製造方法。
6. （６）セラミック製コンタクトチップ基体と、該コンタ
   クトチップ基体のワイヤガイド孔内壁に設けられた電気
   良導体被覆層とからなるアーク溶接用セラミックコンタ
   クトチップの製造方法において、予めセラミックコンタ
   クトチップ基体のワイヤガイド孔径と概略同じ外径を有
   する電気良導体のパイプを作成しておき、該電気良導体
   のパイプをセラミックコンタクトチップ基体のワイヤガ
   イド孔に挿入することを特徴とするアーク溶接用セラミ
   ックコンタクトチップの製造方法。